2 Режимы работы и схемы включения транзистора
Как отмечалось ранее, в зависимости от направления смещения р-п-переходов биполярного транзистора, различают следующие режимы его работы:
активный режим – на эмиттерный переход подано прямое напряжение, на коллекторный – обратное (основной режим работы транзистора). Этот режим соответствует максимальному значению коэффициента передачи тока эмиттера и обеспечивает минимальное искажение усиливаемого сигнала;
инверсный режим – к коллекторному переходу приложено прямое напряжение, к эмиттерному – обратное (ст min; используется очень редко);
насыщения – оба перехода находятся под прямым смещением. В этом случае выходной ток не зависит от входного и определяется только параметрами нагрузки (используется в ключевых схемах);
режим отсечки – оба перехода смещены в обратных направлениях. Выходной ток близок к нулю (используется в ключевых схемах).
Кроме того, что существуют различные способы подключения источников питания к коллекторному и эмиттерному переходам, возможны несколько вариантов подключения к транзистору источника сигнала и нагрузки.
В зависимости от того, какой вывод транзистора является общим при подключении источника сигнала и нагрузки, различают три схемы включения транзистора: с общей базой (ОБ) (рисунок 4, а); с общим эмиттером (ОЭ) (рисунок 4, б); с общим коллектором (ОК) (рисунок 4, в).
В этих схемах источники постоянного напряжения и резисторы обеспечивают режимы работы транзисторов по постоянному току, т. е. необходимые значения напряжений и начальных токов. Входные сигналы переменного тока создаются источниками ивх. Они изменяют ток эмиттера транзистора, а соответственно и ток коллектора. Приращения тока коллектора (рисунок 4, а, б) и тока эмиттера (рисунок 4, в) создадут, соответственно, на резисторах RК и RЭ приращения напряжений, которые и являются выходными сигналами ивых.
Р
исунок
4
3 Вольт-амперные характеристики транзистора
Наиболее полно свойства биполярного транзистора описываются с помощью вольт-амперных (ВАХ) характеристик. При этом различают входные и выходные ВАХ транзистора. Поскольку все три тока (базовый, коллекторный и эмиттерный) в транзисторе тесно взаимосвязаны, при анализе работы транзистора необходимо пользоваться одновременно входными и выходными ВАХ.
Каждой схеме включения транзистора соответствуют свои вольт-амперные характеристики, представляющие собой функциональную зависимость токов через транзистор от приложенных напряжений. Из-за нелинейного характера указанных зависимостей их представляют обычно в графической форме.
Транзистор как четырехполюсник характеризуется входной и выходной статическими ВАХ, показывающими соответственно зависимость входного тока от входного напряжения (при постоянном значении выходного напряжения транзистора) и выходного тока от выходного напряжения (при постоянном входном токе транзистора). Статические выходные и входные ВАХ биполярного транзистора п-р-п-типа для схемы включения с ОБ приведены на рисунке 5, а и 5, б соответственно.
Р
исунок
5
На рисунке 5, а можно выделить две области, соответствующие двум режимам работы транзистора: активный режим ( UКБ < 0 и коллекторный переход смещен в обратном направлении); режим насыщения (U КБ > 0 и коллекторный переход смещен в прямом направлении).
На рисунке 6 показаны ВАХ р-п-р-транзистора, включенного по схеме с ОЭ.
Р
исунок
6
Входная ВАХ (рисунок 6, б ) подобна прямой ветви ВАХ диода. Для выходной цепи транзистора, включенного по схеме с ОЭ (как и по схеме с ОБ), строится семейство выходных ВАХ (рисунок 6, а). Это обусловлено тем, что коллекторный ток транзистора зависит не только от напряжения, приложенного к коллекторному переходу, но и от тока базы. Каждая из выходных ВАХ биполярного транзистора характеризуется в начале резким возрастанием выходного тока IК при возрастании выходного напряжения UКЭ, а затем, по мере дальнейшего увеличения напряжения, незначительным изменением тока.
На выходной ВАХ транзистора можно выделить три области, соответствующие различным режимам работы транзистора: насыщения, отсечки и усиления, соответствующая активному состоянию транзистора, когда UБЭ > 0; UКЭ> 0.
Входные и выходные ВАХ транзисторов используются при графо-аналитическом расчете каскадов, содержащих транзисторы.
Доцент кафедры ОТЗИ И. Щудро